水利枢纽地下厂房洞室稳定监测设计

中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司 北京 100020

目前，我国地下工程建设数量不断增加。在地下厂房施工作业中，做好施工安全监测工作，明确地下洞室开挖边坡和围岩情况，识别安全隐患，为施工作业的优化调整提供指导，并且对地下洞室的稳定性，开展检验和评价，及时调整开挖方法，采取施工安全措施，进而保证工程施工作业的安全水平。

1 工程简况

百色水利枢纽位于广西百色市的右江上，坝址在距百色市区22km的平圩村，水库总库容56.6亿m3，是1985年国家计委批准的《珠江流域西江水系郁江综合利用规划报告》中的第二梯级，是一座以防洪为主兼有发电、灌溉、航运、供水等综合利用效益的大（一）型水利水电工程。百色水利枢纽工程由主坝、水电站、副坝和通航建筑物组成，其中2座副坝和通航建筑物远离由主坝和水电站组成的主坝区。主坝为全断面碾压混凝土重力坝，最大坝高130m；地下水电站布置在左岸，水电站装机容量为4 135MW[1]。

2 地下厂房洞室群安全监测设计方案

由于主厂房以及主变洞的开挖尺寸比较大，加之大洞室间隔岩石厚度约为23.5m。按照上述形式进行结构布置，对地下厂房洞室群开展监测，具体项目包括围岩变形以及接触缝开合度等。具体监测方案如下：

2.1 主厂房

选择厂横0+13.5m以及厂横0-13.5桩号位置，布置2个安全监测断面，依据开挖支护工序，各个监测断面的左右侧拱端部以及拱顶，布置3点式多点位移计以及单点式锚杆应力计。处于运行期间的受力情况考虑，选择在岩锚梁处上下层左右侧，也就是高程2183.6m以及高程2181.8m，布置监测装置。布置测缝计总计2支，单点式锚杆应力计总计1支，2点式锚杆应力计总计1套。在高程2173.00m左右，各布置1套多点位移计以及1支单点式锚杆应力计。

2.2 主变洞安全监测

根据水工结构特点，结合主变洞尺寸和监测断面布置的位置，在主厂房相同桩号位置，设置2个监测断面。选择在各个断面的顶拱以及左共端，设置1套多点位移计，并且选在断面顶拱设置1支单点式锚杆应力计。在主变和主厂的隔墙对穿锚索上，设置4根测力计，用于监测锚索运行的受力情况。

2.3 监测结果

从水利枢纽地下厂房洞室稳定监测资料来说，无论是应力变化，还是变形，都是跟着洞室向下部开挖，顶拱围岩以及边墙向洞内的测值，会跟着不断的增加，并且锚杆应力计以及多点位移计测量值显示，下游边墙的数值大于上游边墙的数据；低高程测量值比高高程测量值要大。数据量化方面来看，在应力值以及变形值约等于有限元计算结果。具体如下：

应力值：主厂上游边墙部分的锚杆应力值参数为50MPa，而2173高程部分的参数值为250MPa；主厂下游侧边墙参数值为70MPa，而2173高程部分的参数值为300MPa。

变形值：主厂上游边墙部分的测量结果为10mm，主厂下游侧边墙部分的测量结果为3.5mm与25mm，其中厂横0-13.5m位置高程为2184周围的测量值较大。

3 大跨度、浅埋洞、小间距洞室群围岩稳定性研究

3.1 地下洞室的支护措施

在毛洞情况下，有限元分析表明，主厂房在上、下游拱脚部位和下游侧墙以及母线洞与尾水洞之间的柱塑性区分布较大，主变洞在上、下游拱脚以及主变洞顶拱区域，也有较大的塑性区分布，主厂房下游侧墙与主变洞上游侧墙之间的上部岩柱塑性区相对集中，主厂房、主变洞围岩塑性区深度达10-20m。说明洞室稳定性问题突出。国内外类似工程对于大跨度、浅埋洞、小间距洞室多是采用混凝土衬砌或大量预应力锚索进行支护，预应力锚索虽能较好地维持围岩的原有应力状态，防止过大变形造成的失稳，但预应力锚索通常不能及时施加，百色地下厂房洞室埋深和洞室间距又特别小，节理裂隙发育，施工中可能出现围岩尚未施加预应力锚索就已失稳，混凝土衬砌时效性更差。另外，预应力锚索间距较大，也难以解决不稳定的小三角块体和楔形块体失稳。为此，我们根据地下洞室的尺寸、间距及围岩条件，提出了采用以长而密小吨位预应力锚杆进行支护为主，预应力锚索支护辅的方案，即采用长7-10m，间距1.5m，预应吨位15t的预应力锚杆进行支护，主要优点是：锚杆能做到及时支护，控制围岩的变形，锚杆施加的预应力也能维持围岩的原有应力状态，防止围岩过大变形造成的失稳，长而密主要考虑围岩塑性区深度较大，节理裂隙发育，在对围岩块体稳定性研究中也充分说明长而密锚杆对围岩不稳定块体的作用，对局部围岩塑性区深度较大部位采用预应力锚索进行支护，如主厂房下游侧墙与主变洞上游侧墙之间的上部岩柱塑性区相对集中部位。

3.2 结合运用其他方法

为保证地下厂房洞室稳定监测分析结果的真实性和有效性，要注重结合运用其他方法，比如有限元分析法。在具体设计的过程中，根据水工结构布置以及结构尺寸，利用洞室有限元计算成果中的位移变形量与围岩塑性区等，择取地下厂房洞室稳定监测断面中计算结果变形最大值所在的部位，利用监测仪器，开展变形以及应力监测，进而保证监测结果的质量。在设计监测方案时，要从工程整体角度出发，力求保证监测的全面性和质量，做好监测结果分析和评价，为后续施工作业的开展，提供有力的支持[2]。

4 结语

因此，本文针对水利枢纽地下厂房洞室稳定监测方案的制定，做了简单的论述。做好稳定性监测工作，获得地下厂房洞室稳定性参数信息，能够为支护工作的开展，提供科学依据，最大程度上保证水利枢纽工程的建设质量和效益。现结合具体实践，总结监测设计要点，共享给行业人员。